透明质酸的性能及其在化妆品中的应用08化学杜静仪 08081007概述：透明质酸(Hyaluronic Acid，以下称HA)广泛分布于动物和人体结缔组织细胞外基质中。

它跟细胞外液中的水份调节、创伤愈合作用、防止病毒感染、关节的润滑作用、眼的透明度的维持等关系密切，是具有特殊功能的一种独特的线性大分子粘多糖。

1934年Meyer和Palmert]](嘲从牛眼中最先分离出此种物质，现它是一种性能优良的生化物质，具有独特的保湿性能，其衍生物透明质酸钠作为保湿剂其保湿效果要比毗咯烷酮梭酸、山梨醇及甘油优异，作为膜形成剂其膜强度和弹性比角蛋白、PVA优异，对表皮的平滑化作用比角蛋白、硫酸软骨素等优异，已广泛应用于高级化妆品生产，被誉为当代新潮化妆品的原料。

目前化妆品用HA的来源主要有2种：化学提取法和微生物发酵法。

近年来HA的市场需求与日俱增，表现出良好的市场潜力和广阔的应用前景，研究透明质酸有重要的理论意义和经济价值。

1．透明质酸的来源与特性1.1 透明质酸的来源透明质酸广泛存在于哺乳动物的结缔组织中．眼玻璃体、关节液和哜带含量较高．皮肤的表皮和真皮中，透明质酸占所含的酸性粘多糖的69。

它是链球菌的荚膜成分，也可分泌到苗体外，溶血性链球菌A和C群都可产生透明质酸．另外，鸡冠、鲸鱼软骨和皮的含量也较高。

1．2 透明质酸的理化特性HA 的基本化学结构的是一D—N一乙酰氨基葡萄糖和一D一葡萄糖醛酸为结构单元，并以一1，4一糖苷键交替链接成的一种直链式高分子酸性黏多糖化合物 3’6 J，为白色粉末，无特殊异味，相对分子质量一般为0．8×lo6～2．0×lo6，旋光度：一74o(25℃，0．025％水中)。

能缓慢但最终完全溶于水，形成黏稠、微乳白色或无色溶液，难溶于有机溶剂。

HA 的配伍性强，相容性好，几乎可以添加到任何含水的化妆品基质中。

通常，化妆品级HA 产品的葡萄糖醛酸质量分数／>42％，蛋白质质量分数≤0．1％，干燥失重≤10％，0．1％水溶液的pH值为6．0～7．5，灼烧残渣<20％。

在化妆品生产过程中，常用到HA 的钠盐或钾盐。

HA 钠盐为白色纤维或粉状，有微弱香气，能缓慢溶于水形成微乳白色或无色高黏稠状液体，也能溶解于氯化钠溶液，几乎不溶于有机溶剂。

HA钠盐的盐质量分数通常不低于98％，干燥失重≤10％，0．2％水溶液的pH值为5．5～7．5，灼烧残渣<20％，动力学黏度为8 Pa·s(30℃) 。

配制HA 水溶液时，应先将HA 松散、缓慢撒入水面上，稍加搅拌，使其充分溶胀后再进行间歇式搅拌下溶解。

也可先用体积分数为75％乙醇将HA 浸透后，再缓慢加水，间歇式搅拌，以增加其溶解速度，待乙醇挥尽后即可使用。

所用水应是软水或无离子水，以免影响溶液的澄清度。

生产化妆品时，应待基质温度降至60℃以下后，再加入HA 水溶液，以免引起HA 形成凝块或降解。

另外，固体HA 应低温、干燥和避光贮存。

HA 水溶液最好临用前配制，且一次用完，如长期存放，应加入适量防腐剂，以防变质[2l。

1．2 透明质酸的生物特性2.1 机体内HA 的生物合成部位主要是在成纤维细胞或其他细胞的胞浆膜及表角朊细胞等_7 J。

体内HA的合成速度很快，并迅速排出胞外或被降解。

其合成一般受体内激素、年龄和环境等因素影响。

HA 由HA 酶降解，该酶由多种细胞产生，降解过程中，首先将HA 降解成50个～60个双糖单位、相对分子质量为20 000的中等分子，再由其他酶进一步将其降解为寡糖。

血浆中HA的生物半衰期为2．5 min～5．5 min。

尿中排出量仅为其总清除率的1％以下。

HA 作为人体皮肤、组织细胞等固有必需的生物活性物质，一般对人皮肤无刺激性，对眼睛无任何刺激性和光毒性反应。

给动物注射适量HA 后研究发现 J，HA 本身并不是抗原体，所以在体内一般不会产生过敏反应及其他毒副作用，使用安全。

2.2 透明质酸的生理功能HA参与构成蛋白糖聚糖聚合体在生理状态下，HA与其他糖胺聚糖(如硫酸软骨素、硫酸角质素等)协同连接到核心蛋白上，构成蛋白聚糖聚合体。

这种巨型聚合体占很大水压域，在外界压力下可减少体积，压力解除后，又扩张到原体积，从而维持了组织的形状和体积，保证了组织的可逆性抗压缩力。

不同组织中蛋白聚糖聚合体(proteogly—cans，简称PG)有其特殊功能，如分布在结缔组织中的蛋白多糖，通过氨基多糖与水结合，这种HA一蛋白质一水形成的凝胶将细胞黏结在一起，发挥正常的细胞代谢作用及组织保水作用，并保护细胞不受病原菌侵害，防止感染，使皮肤具有一定的弹性；在软骨中的确定了软骨的体积和骨骼的最终形态；主动脉中的除了和玻璃体对眼球的光学生理是必要的；卵巢中PG(无HA随滤泡的周期性生长而规律性合成；人肝细胞质膜上的硫酸乙酰肝素蛋白聚糖在细胞问作用、细胞与基质相互作用中起着重要的作用。

2.透明质酸的作用2．1 皮肤中HA的分布HA是构成细胞间质和细胞外基质的主要成分。

细胞间质填充在细胞内间隙，维持细胞及组织的结构完整，为细胞提供内环境，对细胞生理功能产生影响。

皮肤HA存在于细胞间的胞外基质中。

是细胞间的填充物。

真皮和表皮中均含有HA。

真皮层较厚，细胞间的胞外空间大、基质多，含HA的量较多。

真皮层中的纤维母细胞分泌HA和硫酸化粘多糖，如硫酸软骨素和硫酸皮肤素等。

在真皮层发现HA 的存在已有5O多年的历史，但表皮中HA的发现较晚。

这可能是因为表皮层较薄，细胞的排列较紧密，细胞间的空间很小，含HA的量比真皮少的原因。

但HA在细胞外基质中的相对含量或浓度并不低，约为2．5 mg／ml。

Tammi等利用HA特异探针技术，在表皮组织的细胞问的基质中，观察到强烈的HA染色信号，包括最外层凋亡的角质细胞间，均存在HA。

2．2 HA的保水作用HA 分子中的羧基和其他极性基团可与水形成氢键而结合大量水分，在皮肤组织中的保水作用是其最重要的生理功能之一，其理论保水值高达500 ml／g以上，在结缔组织中的实际保水值约为80 ml／g。

HA在较高浓度时，其长的分子链相互交织成网状，加之与水的氢键结合，从而起到很强的保水作用。

HA在细胞间质中的主要作用是保持水分。

其保水性能与其浓度和相对分子质量(Mr)呈正相关，而对水的通透性则与其浓度和Mr呈负相关。

HA与硫酸化粘多糖和胶原蛋白、弹性蛋白等纤维状蛋白质共同组成含大量水分的胞外胶状基质，成为细胞代谢的物质交换介质。

这种含水的胶状基质使皮肤柔韧，富有弹性，充足的水分使肌肤光滑细嫩。

当皮肤的湿润感消失，出现皱纹时，有人认为就是由于HA的减少而引起的。

随着年龄的增长，皮肤中HA的含量降低，皮肤组织细胞和细胞间的水分含量减少，细胞间以HA为主组成的胶状基质所填充的空间减小，导致细胞排列紧密，胶原蛋白失水硬化，使皮肤粗糙，失去弹性。

因此水分对于皮肤健康是至关重要的。

保水保湿一直是护肤化妆品的主要研究课题之一。

2．3 维持细胞外的空间HA与硫酸软骨素、硫酸皮肤素等基质成分及其所包括的大量水分，共同形成胞外空间，有利于营养物质的供应和代谢废物的排放、表皮细胞的迁移以及免疫细胞(朗格罕斯细胞和淋巴细胞)在表皮中的出入。

2．4 大离子功能HA分子链上每一个双糖单位带有一个负电荷，使它具有类似离子交换剂的作用，可调节细胞周围阳离子的流动和浓度。

2．5 参与角蛋白细胞的变化过程HA在表皮层中密切参与角蛋白细胞的增殖、向外层迁移和分化等，调节整个变化过程，而其本身的代谢则受激素、生长因子和细胞活素等信号分子的调控。

视黄酸和表皮生长因子(EGF)可刺激HA的生物合成，增加皮肤中HA的含量。

2．6 受体结合作用‘HA与表皮细胞表面的CD44受体结合，可促进表皮细胞的正常分化。

CD44受体是表皮正常生长和分化的标志。

皮肤发生鳞状细胞癌时，角蛋白细胞的分化停止，与CD44受体的减少和HA从细胞表面的脱落有关。

HA是细胞存活的信号物质，它与角蛋白细胞表面受体的结合，产生刺激作用，可减缓向最终凋亡的角质细胞分化。

2．7 清除自由基作用HA在表皮中可清除阳光中的紫外线照射所产生的活性氧自由基，保护皮肤免受其害，被称为高效的自由基“清道夫”。

氧自由基可导致脂质过氧化，破坏细胞膜，杀伤细胞，并与皮肤的色素沉着有关。

HA与氧自由基发生反应，自由基被清除，HA被降解。

因此HA还具有防晒作用。

2.8 皮肤衰老作用HA作为胞外问质的主要成分，其强大的吸水性能利于营养物质流通，在保持皮肤弹性等多方面起重要作用，随着机体的不断衰老，皮肤透明质酸含量越来越少，水分减少、导致内容物收鳍，粘度下降。

同时也使皮肤组织液与血液之间物质和能量交换减少，皮肤得不到充分的营养成分，细胞逐渐老化并丧失功能。

一些体内研究证实，在机体成熟过程中，HA含量下降。

体外实验中发现细胞老化时，HA含量也降低。

具体而言，衰老过程中表皮中部棘层、基底层透明质酸染色下降，真皮中胶原纤维周围、胶原与弹性纤维之间染色下降，而在真皮乳头层染色加深。

真皮透明质酸含量下降，可使衰老皮肤失去饱满度、徽血管失去支持物，导致皱纹出现和皮肤弹性下降。

而用脉冲电磁场处理后，皮肤出现饱满感、皱纹减少，回时胞外问质和弹性纤维、胶原纤维之间透明质酸等氨基多糖含量上升其他研究者发现上表皮部HA含量降低，衰老皮肤真皮层仍有HA存在，但不见于表皮。

同时发现游离型透明质酸减少，结合型透明质酸含量却增加，表明透明质酸结合蛋白(HABPs)与衰老关系也很密切，在衰老时其含量升高，胎儿结合型透明质酸占总量的7 ，而衰老皮肤中占23。

胎儿成纤维细胞表现的细胞游走性比成人强，与这些细胞产生HA的多少有关0 。

成人细胞产生的HA少，因胎儿成纤维细胞的游走受HA酶的抑制，同时也发现HA的产量与细胞的游走有显著相关性。

而HA含量下降与年龄之间仍无很明确的相关性。

3.透明质酸在化妆品中的应用由于HA具有良好的保湿作用，又是皮肤和其它组织中广泛存在的天然物分子，早在2O世纪8O年代初，透明质酸优异的保湿功能就受到了国际化妆品界的广泛关注。

富含透明质酸的化妆品可以从真皮中汲取大量水分；同时，由于表皮脂质层的屏障作用，可以防止水分蒸发与散失，达到维持皮肤水环境的恒定作用。

无论在低湿度还是在高湿度条件下，它都具有相同的高吸湿性。

因此，它被当作一种理想的天然保湿因子，广泛应用于化妆品中，制成适合不同肤质、气候、环境下使用的产品。

目前国际上添加HA的化妆品种类已从最初的膏霜、乳液、化妆水、精华素胶囊、膜贴扩展到浴液、粉饼、口红、洗发护发剂、摩丝等，应用也日趋广泛。

3．1 保湿作用保湿作用是HA在化妆品中最重要的作用，与其它保湿剂相比，周围环境的相对湿度对其保湿性的影响效小。